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"""剑指 Offer II 030. 插入、删除和随机访问都是 O(1) 的容器
设计一个支持在平均 时间复杂度 O(1) 下，执行以下操作的数据结构：
insert(val)：当元素 val 不存在时返回 true ，并向集合中插入该项，否则返回 false 。
remove(val)：当元素 val 存在时返回 true ，并从集合中移除该项，否则返回 false 。
getRandom：随机返回现有集合中的一项。每个元素应该有 相同的概率 被返回。

示例 :
输入: inputs = ["RandomizedSet", "insert", "remove", "insert", "getRandom", "remove", "insert", "getRandom"]
[[], [1], [2], [2], [], [1], [2], []]
输出: [null, true, false, true, 2, true, false, 2]
解释:
RandomizedSet randomSet = new RandomizedSet();  // 初始化一个空的集合
randomSet.insert(1); // 向集合中插入 1 ， 返回 true 表示 1 被成功地插入
randomSet.remove(2); // 返回 false，表示集合中不存在 2 
randomSet.insert(2); // 向集合中插入 2 返回 true ，集合现在包含 [1,2] 
randomSet.getRandom(); // getRandom 应随机返回 1 或 2 
randomSet.remove(1); // 从集合中移除 1 返回 true 。集合现在包含 [2] 
randomSet.insert(2); // 2 已在集合中，所以返回 false 
randomSet.getRandom(); // 由于 2 是集合中唯一的数字，getRandom 总是返回 2 

提示：
-2^31 <= val <= 2^31 - 1
最多进行 2 * 10^5 次 insert ， remove 和 getRandom 方法调用
当调用 getRandom 方法时，集合中至少有一个元素
"""

from random import randint

class RandomizedSet:
    """要满足按值删除的操作T(n) = O(1)，那么只有用哈希表；还要实现随机取值，各个值的概率一致，且T(n) = O(1)，就需要一个数组，随机下标，随机访问。
    其实python内置的 set 可满足要求。insert:=set.add(val), remove:=set.remove(val)/set.discard(val), getRandom():=set.pop()->val;set.add(val)
    因为哈希表set本身便是利用哈希函数+数组来实现的
    
    此处我们稍微转一下，不用python内置直接支持，那么也需要一个哈希字典（dict {val: list.offset}），一个数组（list），
    题目要求删除时间复杂度为常数，也没有要求 insert 先后插入的各个 val 维持前后顺序，那么删除操作就可以采取不保证顺序的方法，删除时将末尾值放到删除位置上来，再删除尾位置"""
    def __init__(self):
        """
        Initialize your data structure here.
        """
        self.hashmap = {}
        self.arr = []

    def insert(self, val: int) -> bool:
        """
        Inserts a value to the set. Returns true if the set did not already contain the specified element.
        """
        if val in self.hashmap.keys():
            return False
        else:
            self.hashmap[val] = len(self.arr)
            self.arr.append(val)
            return True

    def remove(self, val: int) -> bool:
        """
        Removes a value from the set. Returns true if the set contained the specified element.
        """
        if val in self.hashmap.keys():
            offset, last = self.hashmap[val], len(self.arr)-1
            
            if offset != last:
                last_val = self.arr[last]
                self.arr[offset] = last_val
                self.hashmap[last_val] = offset
            
            del self.hashmap[val]
            self.arr.pop()
            return True
        else:
            return False

    def getRandom(self) -> int:
        """
        Get a random element from the set.
        """
        offset = randint(0, len(self.arr)-1)
        return self.arr[offset]


if __name__ == '__main__':
    # Your RandomizedSet object will be instantiated and called as such:
    obj = RandomizedSet()
    param_1 = obj.insert(1)
    print(param_1)
    param_1 = obj.insert(2)
    print(param_1)
    param_1 = obj.insert(3)
    print(param_1)
    param_1 = obj.insert(4)
    print(param_1)
    param_1 = obj.insert(5)
    print(param_1)
    print(obj.arr)
    param_2 = obj.remove(2)
    print(obj.arr)
    param_3 = obj.getRandom()
    print(param_3)